Esta mudança é um passo essencial para a redução das emissões nas indústrias pesadas, como a refinação de petróleo, e nos setores dos transportes, como o transporte marítimo. Os governos e as empresas de todo o mundo estão a estabelecer metas ambiciosas para aumentar a produção de hidrogénio verde, destacando o seu potencial para melhorar a segurança energética e abrir novas oportunidades de mercado.
A inovação contínua na tecnologia de eletrolisadores é fundamental para o crescimento do hidrogénio verde. Os eletrolisadores, dispositivos responsáveis pela separação da água em hidrogénio e oxigénio, dependem fortemente de materiais avançados para os seus elétrodos, membranas e catalisadores. Estes componentes são cruciais para otimizar a eficiência, a durabilidade e o desempenho global. As inovações na ciência dos materiais, como o desenvolvimento de membranas mais robustas ou catalisadores mais eficientes, desempenham um papel vital na redução de custos, no aumento da vida útil e na minimização da utilização de materiais raros e dispendiosos. À medida que a procura de hidrogénio verde cresce, os avanços na tecnologia de materiais tornam-se cada vez mais importantes. No entanto, não se trata apenas de criar eletrolisadores mais eficientes. Trata-se também de garantir que estes sistemas são sustentáveis, escaláveis e acessíveis para preparar o caminho para uma economia de hidrogénio verdadeiramente verde.
O novo relatório da IDTechEx, "Materiais para a Produção de Hidrogénio Verde 2024-2034: Tecnologias, Empresas e Previsões", explora os materiais e componentes atuais e futuros utilizados nas quatro principais tecnologias de eletrolisadores de água. O relatório aborda também os métodos de produção, as atividades comerciais, as principais empresas do setor e as inovações significativas em todos os componentes da pilha de eletrolisadores.
Eletrolisador de Água Alcalina (AWE): Inovação com Materiais Amplamente Disponíveis.
Os eletrolisadores de água alcalina, uma tecnologia comprovada e robusta, operam utilizando uma solução alcalina líquida, tipicamente KOH, e um diafragma poroso para separar as câmaras de meia-célula. Espera-se que esta tendência se mantenha graças à utilização de materiais facilmente disponíveis, como o níquel e o aço inoxidável. Atualmente, os sistemas AWE são classificados em configurações de espaçamento finito e espaçamento zero. Esta preferência deve-se à inclusão de camadas de transporte porosas (PTLs), que aumentam significativamente a eficiência e as propriedades de transporte de gás.
A inovação continua a ser uma força motriz no campo dos sistemas de eletrólise da água atmosférica (AWE), com os fabricantes a explorarem novas fronteiras nos revestimentos de elétrodos e catalisadores. O objetivo destes avanços é melhorar a eficiência e a eficácia desta tecnologia já consolidada. Além disso, tem sido dedicada uma atenção crescente ao aperfeiçoamento dos projetos de células de combustível para facilitar a evolução de gases mais sensíveis. Estas inovações são cruciais para permitir uma melhor integração com as fontes de energia renováveis e otimizar a produção de hidrogénio amigo do ambiente. Embora muitas empresas já tenham começado a produzir células de combustível internamente, ainda dependem de fornecedores externos para diversos componentes. Esta interdependência apresenta oportunidades para novas inovações, particularmente no avanço dos catalisadores e na evolução das configurações das células de combustível para ampliar as capacidades dos sistemas AWE.
Componentes das células eletrolisadoras de membrana de troca de protões (PEMEL). Fonte: IDTechEx
Eletrolisadores de membrana de troca de protões (PEMELs): Maior eficiência com menor utilização de metais preciosos
Os eletrolisadores de membrana de troca de protões (PEMELs) estão a ganhar popularidade devido à sua elevada eficiência, design compacto e adaptabilidade a fontes de energia renováveis variáveis. Embora se verifique um movimento no sentido da padronização dos materiais das células de combustível PEMEL, a inovação está longe de estar estagnada, particularmente no desenvolvimento de catalisadores de ânodo. Os avanços recentes incluem catalisadores que mantêm uma elevada atividade catalítica, reduzindo significativamente a utilização de irídio, diminuindo assim o custo do material por quilowatt (kW) e melhorando a acessibilidade geral. Fundamentalmente, a adopção destas inovações é crucial para o sucesso dos PEMEL, dado que existem muitas preocupações de que o seu potencial seja limitado pelo fornecimento futuro de irídio.
Outras inovações na tecnologia PEMEL são diversas e impactantes. Por exemplo, os avanços na redução da espessura das membranas de troca de protões contribuem para uma maior eficiência, enquanto os revestimentos inovadores para placas bipolares de titânio aumentam a durabilidade e reduzem a dependência de metais preciosos. Estes avanços, juntamente com os projetos comerciais avançados de PEMEL, destacam o potencial para melhorias significativas no desempenho das baterias. Os novos revestimentos e métodos de fabrico, particularmente para a membrana revestida com catalisador (CCM), estão na vanguarda destas melhorias e prometem uma nova era de tecnologia PEMEL eficiente e com uma boa relação custo-benefício.
Eletrolisadores de membrana de permuta aniónica (AEMEL): Combinando as vantagens do AWE e do PEMEL
O eletrolisador de membrana de troca aniónica (AEMEL) é uma tecnologia em rápida expansão que visa combinar as melhores características das tecnologias alcalinas e PEM. O AEMEL procura unir a abundância de material das tecnologias alcalinas com a elevada eficiência característica das tecnologias PEMEL. Esta tecnologia está a experimentar um rápido crescimento e inovação, exemplificado por empresas como a Enapter, que estão na vanguarda dos sistemas comerciais à escala dos megawatts.
Por ser uma tecnologia relativamente recente, os materiais da AEMEL não são tão normalizados como os da AWE e da PEMEL. Portanto, existe um potencial significativo para a inovação com a AEMEL, e a investigação académica e comercial está focada no melhoramento das membranas e dos catalisadores para esta tecnologia. Isto não só impulsiona o seu potencial de inovação, como também posiciona a AEMEL estrategicamente para revolucionar o panorama da tecnologia de eletrolisadores, graças à sua combinação única de estabilidade de materiais, eficiência e acessibilidade.
Células de eletrólise de óxido sólido (SOEC): Inovação em cerâmica para altas temperaturas
As células de eletrólito de óxido sólido (SOECs) representam uma tecnologia relativamente recente no panorama da eletrólise, com uma menor presença de mercado em comparação com as células AWE e PEMEL. No entanto, as SOEC estão a ganhar um impulso significativo graças às inovações partilhadas com o setor das células de combustível de óxido sólido (SOFC). A permutabilidade entre SOFCs e SOECs, particularmente na utilização de materiais semelhantes, é uma vantagem fundamental. Embora alguns componentes cerâmicos já estejam consolidados na tecnologia, o desenvolvimento de novos conjuntos elétrodo-eletrólito em SOECs continua a ser uma área dinâmica de inovação. Isto inclui variações consideráveis no design das células e na utilização de materiais entre os diferentes fabricantes. Estes conjuntos variam desde metálicos a de diferentes tipos de elétrodo-eletrólito, cada um com as suas próprias vantagens e incorporando diversos materiais cerâmicos.
Um dos principais desafios nas baterias SOEC é a compatibilidade térmica dos diversos materiais. Isto levou a avanços noutros componentes da bateria, como interligações e vedantes. Os novos materiais e revestimentos melhoram a compatibilidade térmica e reduzem a degradação dos componentes da bateria. No geral, é utilizada uma vasta gama de materiais nas baterias SOEC, o que realça não só a diversidade da tecnologia, mas também o potencial para a inovação de materiais nestes eletrolisadores de alta temperatura. O cenário em constante evolução das baterias SOEC apresenta oportunidades entusiasmantes para o avanço da tecnologia de eletrólise através de novos materiais cerâmicos e configurações inovadoras de baterias.
Perspetivas de mercado e estratégias
A IDTechEx prevê que o mercado de componentes para eletrolisadores atinja a impressionante marca de 31,7 mil milhões de dólares até 2034. Este crescimento é impulsionado principalmente pela rápida evolução da indústria do hidrogénio verde, na qual os eletrolisadores desempenham um papel crucial. O novo relatório da IDTechEx, "Materiais para a Produção de Hidrogénio Verde 2024-2034: Tecnologias, Empresas e Previsões", apresenta uma análise abrangente dos materiais e componentes atuais e futuros utilizados nas quatro principais tecnologias de eletrolisadores de água: eletrolisador de água alcalina (AWE), eletrolisador de membrana de troca de protões (PEMEL), eletrolisador de membrana de troca aniónica (AEMEL) e eletrolisador de óxido sólido (SOEC).
O relatório fornece uma análise detalhada dos custos das baterias por componente, com foco nas baterias AWE, PEMEL e SOEC. Inclui listas abrangentes de fornecedores de baterias para eletrolisadores, componentes e materiais, juntamente com estudos de caso de inovações comerciais importantes no setor. Além disso, oferece projeções de mercado detalhadas para os próximos 10 anos, quantificando a procura de materiais e componentes em toneladas, metros quadrados (m²) e milhões de dólares anualmente. Este relatório oferece uma visão aprofundada das tendências e perspetivas atuais do mercado de eletrolisadores, destacando as principais oportunidades e a direção do crescimento do setor.
